Serbest Basınç Deneyi | 6

Serbest Basınç Deneyi

Geoteknik mühendisliğinde iyi bir tasarım ve uygulama yapabilmek için zemin özelliklerini doğru belirlemek, arazi koşullarını gerçeğe en yakın olacak şekilde modellemek gerekmektedir. Zemin özelliklerinin belirlenmesi kısmında mümkünse kapsamlı arazi deneyleri yapılmalı bununla birlikte, araziden alınan örselenmiş ve örselenmemiş numuneler üzerinde laboratuvar deneyleri (Şekil 1) yapılmalıdır.

Şekil 1. Laboratuvar deneyleri

Laboratuvar deneylerinin en temel amacı zemin endeks özelliklerini (birim hacim ağırlık, su muhtevası, boşluk oranı, rölatif sıkılık) ve kayma mukavemeti parametrelerini (kohezyon, kayma mukavemeti açısı) belirlemektir. Bu kapsamda zeminden alınan numuneler üzerinde elek analizi, kıvam limiti, piknometre, serbest basınç, kesme kutusu gibi deneyler yapılmaktadır. Bu yazı içeriğimde kendini tutabilen (kohezyonlu) zeminlerde uygulanan serbest basınç deneyini ele alacağım.

Serbest basınç deneyi; yanal desteğe ihtiyaç duymayan bir zemin numunesinin eksenel yük altında gösterdiği davranışı incelemek amacıyla yapılmaktadır (Satı, 2016). Bu deney sonucunda kohezyonlu zeminlerin serbest basınç mukavemeti (qu) değeri ve drenajsız kayma mukavemeti (cu) değeri elde edilir. Killi zeminlerde uygulanması kolay olduğundan ve hızlı sonuç vermesinden dolayı yaygın olarak tercih edilmektedir (Akan, 2017).

Tek eksenli basınç deneyi olarak da bilinen serbest basınç deneyi doygun ve kılcal çatlak içermeyen silindirik bir zemin numunesi (boy/çap oranı 2 veya 2 den büyük olan) üzerinde yapılmaktadır. Deneyin yapılışı ve zemin numunelerinin hazırlanmasında ülkemizde TS 1900-2 (Türk Standart) ve ASTM D2166-00 (American Society of Testing Materials) standartları uygulanmaktadır. Bu standartlar arasındaki en temel farklılık zemin numunesinin çap değeridir. TS 1900-2 ye göre zemin numunesinin çapı 50 mm ve L/D oranı 2 olarak belirtilirken, ASTM D2166-00 a göre minimum numune çapı 33,02 mm ve L/D oranı 2-2.5 arasında değişmektedir (Akan ve Keskin, 2017).

Bu yazı içeriğinde serbest basınç deneyinin yapılışı ve deney numunesinin hazırlanması TS 1900-2 ye göre ele alınacaktır.

Serbest Basınç Deneyi Yapılışı

Araç ve Gereçler :

  • Doğal veya sıkıştırılmış zeminden numune alabilecek iç çapı 50 mm, dış çapı 56 mm olan çelik numune alıcı
  • Tüp içine alınan numuneyi çıkartmak için numune itici
  • Kalıp, kıl testere ve kumpas
  • Terazi
  • Serbest basınç deney cihazı

İşlem Adımları :

  • Çelik tüpten çıkartılan numune L/D oranı 2 olacak şekilde ayarlanır ve uç yüzeyleri kıl testere yardımı ile düzeltilir. Kumpas yardımı ile L/D oranı kontrol edilir.
  • Numune ağırlığı terazi yardımı ile tartılır ve ağırlık not edilir.
  • Ağırlığı belirlenen numune Şekil 2 de verilen serbest basınç deney cihazına yerleştirilir. Numune yerleşimi sırasında alt pres sabit iken, üst pres numunenin tepe noktasına değecek fakat basınç oluşturmayacak şekilde ayarlanır.
Serbest basınç deneyi
Şekil 2. Serbest basınç deneyi cihazı
  • Numune yerleşimi tamamlandıktan sonra serbest basınç deneyi cihazında bulunan kuvvet ve deformasyon okuma saati sıfırlanır.
  • Yüklemeden önce gerekli işlemler tamamlandıktan sonra, yükleme hızı numune boy kısalmasının numune boyunun % 0,5 ile % 2 değeri arasında olacak şekilde ayarlanır.
  • Yükleme işlemi ile birlikte her 10 saniyede bir deformasyon ve kuvvet halkası saati okumaları alınarak not edilir. Okumalar numune de gözle görülebilir bir kırılma oluncaya kadar alınır. Belirlenebilen bu kırılma durumunda yükler ilk olarak artmakta ve pik değere ulaşmaktadır. Bu pik değere ulaştıktan sonra yüklerde azalma görülmektedir.
  • Bazı numune örneklerinde kırılma gözle görülmemektedir ve bu durumda %15 lik boy kısalmasına ulaşıldığında deneye son verilmektedir.
  • Deney verilerinin işlendiği örnek bir deney föyü Şekil 3 de verilmiştir.
serbest basınç deneyi
Şekil 3. Serbest basınç deneyi örnek föy
  • Elde edilen okuma verileri ve Şekil 4 de verilen eşitlikler kullanılarak birim şekil değiştirme, gerilme değerleri hesaplanır. Hesaplanan bu değerler ile numuneye ait gerilme şekil değiştirme eğrisi elde edilir (Şekil 5).
serbest basınç deneyi
Şekil 4. Deneyde kullanılan eşitlikler
serbest basınç deneyi
Şekil 5. Deney sonucunda elde edilen örnek gerilme şekil değiştirme eğrisi
  • Elde edilen eğride gerilmenin maksimum olduğu değer numuneye ait serbest basınç değeri (qu) vermektedir. Belirlenen bu serbest basınç değeri ile Mohr-Coulomb göçme dairesi çizilir ve bu daireden drenajsız kayma mukavemeti (cu) değeri elde edilir (Şekil 6).
Şekil 6. Tek eksenli deney sonucunda elde drenajsız kayma mukavemeti

Deney sonucunda elde edilen serbest basınç mukavemeti (qu) değerine göre killerin kıvamı hakkında bilgi edinilmektedir. Serbest basınç değer aralıklarına göre killerin kıvamını içeren tablo Şekil 7 de verilmiştir.

Şekil 7. Serbest basınç mukavemeti katılık derecesi ilişkisi

Not: Eğer örselenmemiş numune almamız mümkün değilse deney yoğrulmuş numuneler üzerinde de yapılabilmektedir. Yoğrulma sırasında zemin arazi su muhtevası değerinde kompakte edilmeli ve numune alıcılar ile kompakte edilen numuneden örnekler alınmalıdır.

Kohezyonlu zeminlerde zemin mukavemetinin belirlenmesinde önemli bir yere sahip serbest basınç deneyi arazi deneyleri ile birlikte değerlendirilirse daha gerçekçi sonuçlar vermektedir.

Laboratuvar deneylerinden serbest basınç deneyini ele aldığım yazı içeriğim ile ilgili ekleme yapmak istediğiniz kısımları yorum ile bildirebilirsiniz. Çalışma hayatınız da başarılar dilerim.

Sevgiyle Kalın 🙂

Kaynaklar :

  • Akan, R. ve Keskin, S.N., (2017). “Numune Çapının ve Boyunun Kil Zeminlerin Serbest Basınç Mukavemetine Etkisi”, 7. Geoteknik Sempozyumu, İstanbul.
  • Akan, R., Keskin, S.N. ve Yazıcı, M.F., (2017). “Kil Zeminlerin Su Muhtevası ile Serbest Basınç Mukavemeti Arasındaki İlişki”, Kilis 7 Aralık Üniversitesi Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt 1, Sayı 2.
  • Satı, Y., (2016). “Sıkıştırılmış İnce Daneli Zeminlerin Kayma Mukavemetinin Drenajlı Koşullarda İncelenmesi”, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.
  • TS-1900-2 İnşaat Mühendisliğinde Zemin Laboratuvar Deneyleri Bölüm-2 Mekanik Özelliklerin Tayini (Standart linki )

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir